KR20100061852A - 산화티탄 입자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 사염화티탄을 기상으로 고온에서 산화할 때에, 급가열, 급냉각하는 방법과, 산화성 가스로서 수증기를 사용하는 방법을 임의의 특정 조건 하에서 병용함으로써, 10면체의 상자형 형상을 갖고, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로, 그리고 효율적으로 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 10면체의 상자형 형상을 갖는 산화티탄 입자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 10면체의 상자형 형상을 갖고, 주로 아나타제형 결정으로 이루어지는 산화티탄 입자(이하,「10면체 산화티탄 입자」라 칭함)와 그 제조 방법이 보고되어 있다(특허문헌 1, 2 및 비특허문헌 1을 참조). 또한, 이들의 보고에는, 10면체 산화티탄 입자가 광촉매로서 높은 활성을 갖고 있는 것도 보고되어 있다.
상기 문헌에 보고되어 있는 10면체 산화티탄 입자의 제조 방법은, 사염화티탄과 산소를 포함하는 가스를, 임의의 조건 하에서 급가열하고, 급냉각하는 방법이다. 그러나, 이 방법으로 얻어지는 10면체 산화티탄 입자는, 입자 직경이 100nm 이상인 것이 대부분이다. 따라서, 종래의 제조 방법에서는, 입자 직경이 100nm 이하인 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로 얻는 것은 곤란하고, 10면체의 상자형 형상을 가진 채, 입자 직경을 작게 하는 것이 과제로 되어 있다.
한편, 미립자 산화티탄을 얻는 방법으로서, 사염화티탄을 기상으로 산화할 때에, 산화성 가스로서 산소와 수증기를 사용하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 3을 참조).
비특허문헌 1: 구사노ㆍ데라다ㆍ아베ㆍ오오따니, 제98회 촉매 토론회(2006년 9월）토론회 A 예고집, 234페이지
본 발명은 이러한 종래의 사정을 감안하여 제안된 것이며, 그 목적은 소입경의 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로, 그리고 효율적으로 제조할 수 있는 산화티탄 입자의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 사염화티탄을 기상으로 고온에서 산화할 때에, 급가열, 급냉각하는 방법과, 산화성 가스로서 수증기를 사용하는 방법을 임의의 특정 조건 하에서 병용하면, 입자 직경이 100nm 이하인 10면체 산화티탄 입자가 선택적으로 얻어지는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
[1] 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와, 수증기를 포함하는 산화성 가스를 접촉시킴으로써, 10면체의 상자형 형상을 갖고, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로 제조하는 산화티탄 입자의 제조 방법이며, 각각 500℃ 이상으로 예열된 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 산화성 가스가 혼합되어, 800℃ 이상으로 가열된 영역으로 보내지는 공정을 포함하는 산화티탄 입자의 제조 방법.
[2] 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스가, 사염화티탄 증기와 산소를 포함하는 혼합 가스인 전항 [1]에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[3] 상기 수증기를 포함하는 산화성 가스가, 수증기와 산소의 혼합 가스인 전항 [1] 또는 [2]에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[4] 상기 800℃ 이상으로 가열된 영역에 있어서의 가스의 체류 시간이 300밀리초 이하인 전항 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[5] 상기 체류 시간이 100밀리초 이하인 전항 [4]에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[6] 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스 내의 사염화티탄 농도가 3 내지 40체적％인 전항 [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[7] 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스 내의 (산소(O2 환산)의 물질량 [mol])/(사염화티탄의 물질량 [mol])의 비가 0.1 내지 7인 전항 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[8] 상기 수증기를 포함하는 산화성 가스 내의 수증기의 농도가 10 내지 80체적％인 전항 [1] 내지 [7] 중 어느 한 항에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[9] 상기 수증기를 포함하는 산화성 가스 내의 (산소(O2 환산)의 물질량 [mol])/(수증기의 물질량 [mol])의 비가 0.1 내지 5인 전항 [1] 내지 [8] 중 어느 한 항에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[10] 상기 수증기를 포함하는 산화성 가스의 양이, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스의 양에 대하여, 체적비로 0.5 내지 5배인 전항 [1] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[11] 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 가스를 합한 가스의 조성이, 사염화티탄:산소:수증기=1:0.5 내지 13:0.3 내지 5(체적비)인 전항 [1] 내지 [10] 중 어느 한 항에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
[12] 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 가스를 합한 가스의 조성이, 사염화티탄:산소:수증기=1:1 내지 6:0.3 내지 3(체적비)인 전항 [11]에 기재된 산화티탄 입자의 제조 방법.
이상과 같이, 본 발명에 관한 산화티탄 입자의 제조 방법은, 사염화티탄을 기상으로 고온에서 산화할 때에, 급가열, 급냉각하는 방법과, 산화성 가스로서 수증기를 사용하는 방법을 일정한 조건 하에서 병용하는 방법이며, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로, 그리고 효율적으로 제조하는 것이 가능하다. 또한, 얻어진 소입경의 산화티탄 입자는, 광촉매 재료로서 적합하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 이러한 광촉매 재료로서 적합한 10면체 산화티탄 입자를 공업적으로 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명을 적용한 산화티탄 입자의 제조에 사용되는 반응 장치의 일례를 도시하는 블록도.
이하, 본 발명의 산화티탄 입자의 제조 방법에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 산화티탄 입자의 제조 방법은, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와, 수증기를 포함하는 산화성 가스를 접촉시킴으로써, 10면체의 상자형 형상을 갖고, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로 제조하는 산화티탄 입자의 제조 방법이며, 각각 500℃ 이상으로 예열된 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 산화성 가스가 혼합되어, 800℃ 이상으로 가열된 영역으로 보내지는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에 있어서의「10면체 산화티탄 입자」라 함은, 상술한 특허문헌 1에 정의되어 있는 산화티탄 입자와 마찬가지로, 10면체의 상자형 형상을 갖는 산화티탄 입자를 의미한다.
또한, 본 발명에 있어서의「10면체 산화티탄 입자를 선택적으로 제조한다」라 함은, 얻어진 산화티탄 분말을 임의로 샘플링하고, 전자 현미경으로 관찰하였을 때에, 임의의 시야에 있어서 관찰되는 산화티탄 입자의 적어도 80％ 이상이, 상기 조건에 해당하는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서의「수증기를 포함하는 산화성 가스」라 함은, 수증기를 포함하고, 사염화티탄 증기와 고온에서 접촉하였을 때에, 산화티탄을 생성시키는 가스인 것을 의미한다. 본 발명에서는, 그러한 수증기를 포함하는 산화성 가스로서, 적어도 산소와 수증기의 2 성분을 포함하는 가스가 바람직하다. 수증기를 포함하는 산화성 가스의 구체예로서는, 산소(O2)와 수증기를 포함하는 가스, 또는 오존(O3)과 수증기를 포함하는 가스 등을 들 수 있다. 또한, 수증기를 포함하는 산화성 가스는, 이들의 가스를 혼합한 것이어도 되고, 이들의 가스가 불활성 가스에 의해 희석된 것이어도 된다. 따라서, 수증기를 포함하는 산화성 가스로서는, 수증기와 산소의 혼합 가스, 수증기와 불활성 가스의 혼합 가스, 수증기와 산소와 불활성 가스의 혼합 가스 등을 사용할 수 있고, 또한, 산소와 불활성 가스의 혼합 가스로서 공기를 사용하여도 된다.
한편, 본 발명에서는, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스로서, 예를 들어, 사염화티탄 증기와 불활성 가스의 혼합 가스, 사염화티탄 증기와 산소의 혼합 가스, 사염화티탄 증기와 산소와 불활성 가스의 혼합 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 산소와 불활성 가스의 혼합 가스로서 공기를 사용하여도 된다.
본 발명에서는, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스가, 예열 공정에서 산화티탄을 생성시키지 않는 것이 중요하다.
그러나, 상술한 사염화티탄 증기를 포함하는 가스가, 사염화티탄 증기와 불활성 가스만을 혼합한 가스인 경우, 그 혼합 가스가 800℃ 이상으로 가열된 영역으로 보내지면, 사염화티탄 증기와 산소의 혼합이 불충분해져, 10면체 형상을 선택적으로 얻는 것이 곤란해진다.
따라서, 본 발명에서는, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스로서, 사염화티탄 증기와 산소의 혼합 가스, 또는 사염화티탄 증기와 산소와 불활성 가스의 혼합 가스 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 산화성 가스가 접촉하면, 즉시 반응한다. 따라서, 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로 얻기 위해서는, 접촉할 때의 온도가 중요하다. 구체적으로는, 사염화티탄 증기와 수증기를 포함하는 산화성 가스는, 접촉하기 전에, 각각 500℃ 이상으로 예열되어 있을 필요가 있다. 500℃ 미만으로 예열하면, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 가스가 접촉하였을 때에, 양호한 10면체 산화티탄 입자를 얻을 수 없다.
본 발명에서는, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 가스가 접촉한 후, 이들 가스가 800℃ 이상으로 가열된 영역으로 보내질 필요가 있다. 접촉 후, 즉시 800℃ 이상으로 가열된 영역으로 보내지는 것이 바람직하다. 또한, 800℃ 이상으로 가열된 영역 내에 있어서의 가스의 체류 시간은 300밀리초 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100밀리초 이하이다. 가스의 체류 시간이 300밀리초를 초과하면, 얻어지는 산화티탄 입자의 입자 직경이 커지고, 루틸형 결정도 많아지기 때문에, 양호한 10면체 산화티탄 입자가 얻기 어려워진다.
본 발명에서는, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스 내의 사염화티탄 농도가 3 내지 40체적％인 것이 바람직하다. 사염화티탄 농도가 3체적％ 미만이 되면, 얻어지는 10면체 산화티탄 입자의 비율이 적어진다. 한편, 사염화티탄 농도가 40체적％를 초과하면, 산화티탄 입자의 입자 직경이 커진다. 따라서, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스 내의 사염화티탄 농도는 3 내지 40체적％의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 내지 30체적％의 범위이다.
본 발명에서는, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스 내의 (산소(O2 환산)의 물질량 [mol])/(사염화티탄의 물질량 [mol])의 비가 0.1 내지 7인 것이 바람직하다.
이 값이 0.1 미만이 되면, 얻어지는 10면체 산화티탄 입자의 비율이 적어진다. 한편, 이 값이 7을 초과하면, 산화티탄 입자의 입자 직경이 커진다. 따라서, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스 내의 (산소(O2 환산)의 물질량 [mol])/(사염화티탄의 물질량 [mol])의 비는 0.1 내지 7의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 내지 5의 범위이다.
본 발명에서는, 수증기를 포함하는 산화성 가스 내의 수증기의 농도가 10 내지 80체적％인 것이 바람직하다. 수증기의 농도가 10체적％ 미만이 되면, 산화티탄 입자의 입자 직경이 커진다. 한편, 수증기의 농도가 80체적％를 초과하면, 얻어지는 10면체 산화티탄 입자의 비율이 적어진다. 따라서, 수증기를 포함하는 산화성 가스 내의 수증기의 농도가 10 내지 80체적％의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 내지 40체적％의 범위이다.
본 발명에서는, 수증기를 포함하는 산화성 가스 내의 (산소(O2 환산)의 물질량 [mol])/(수증기의 물질량 [mol])의 비가 0.1 내지 5인 것이 바람직하다. 이 값이 0.1 미만이 되면, 얻어지는 10면체 산화티탄 입자의 비율이 적어진다. 한편, 이 값이 5를 초과하여도, 얻어지는 10면체 산화티탄 입자의 비율이 적어진다. 따라서, 수증기를 포함하는 산화성 가스 내의 (산소(O2 환산)의 물질량 [mol])/(수증기의 물질량 [mol])의 비는 0.1 내지 5의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 3의 범위이다.
본 발명에서는, 수증기를 포함하는 산화성 가스의 양이, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스의 양에 대하여, 체적비로 0.5 내지 5배인 것이 바람직하다. 이 체적비가 0.5배 미만이 되면, 산화티탄 입자의 입자 직경이 커진다. 한편, 이 체적비가 5배를 초과하면, 10면체 산화티탄 입자의 비율이 적어진다. 따라서, 수증기를 포함하는 산화성 가스의 양이, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스의 양에 대하여, 체적비로 0.5 내지 5배의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.8 내지 2의 범위이다.
본 발명에서는, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 가스를 합한 가스에 있어서의 사염화티탄과, 산소와, 수증기의 체적비(사염화티탄:산소:수증기)는 1:0.5 내지 13:0.3 내지 5(체적비)의 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 사염화티탄:산소:수증기=1:1 내지 6:0.5 내지 3(체적비)의 범위이다.
이 범위를 벗어나면, 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로 얻기 어렵다. 이 원인에 대해서는 명백하지 않지만, 사염화티탄이 수증기에 의해 가수분해될 때의 농도, 속도, 가수분해 이후의 미반응 사염화티탄과 산소의 반응 속도, 및 반응 구역에서의 체류 시간 등이 관여하고 있다고 추정된다.
이상과 같이, 본 발명을 적용한 산화티탄 입자의 제조 방법은, 사염화티탄을 기상으로 고온에서 산화할 때에, 급가열, 급냉각하는 방법과, 산화성 가스로서 수증기를 사용하는 방법을 상기 조건 하에서 병용하는 방법이며, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로, 그리고 효율적으로 제조하는 것이 가능하다. 또한, 얻어진 소입경의 산화티탄 입자는, 광촉매 재료로서 적합하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 이러한 광촉매 재료로서 적합한 10면체 산화티탄 입자를 공업적으로 제조하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 발명을 적용한 산화티탄 입자의 제조 방법에 사용되는 반응 장치의 일례를 도 1에 도시한다.
이 반응 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 산화성 가스를 반응시키기 위한 반응관(1)과, 이 반응관(1)의 일부[가열부(1a)라 함]를 국소적으로 가열하기 위한 적외선 전기로(2)와, 반응관(1) 내에서 생성된 산화티탄의 분말을 회수하기 위한 생성물 회수부(3)를 구비하고 있다.
구체적으로는, 반응관(1)으로서는, 예를 들어 석영 등으로 이루어지는 원통관을 사용할 수 있다. 또한, 반응관(1)에는, 수증기를 포함하는 산화성 가스를 도입하기 위한 도입관(4)이 일단부측(상류측)에 접속되어 있는 한편, 사염화티탄 증기를 포함하는 가스를 도입하기 위한 도입관(5)이 일단부측(상류측)으로부터 내부에 삽입되어 있다.
도입관(4)의 상류측에는, 예를 들어 물과, 산소(O2)와, 질소가 도입되는 도입구(4a)와, 이 도입구(4a)로부터 도입된 물을 기화하는 기화기(6)가 설치되어 있다. 도입구(4a)로부터 도입된 수증기를 포함하는 산화성 가스[수증기와, 산소(O2)와, 질소를 함유함]는, 기화기(6)를 통과함으로써, 수증기와, 산소(O2)와, 질소의 혼합 가스로 되어, 도입관(4)으로부터 반응관(1)으로 도입된다.
도입관(5)의 상류측에는, 예를 들어 사염화티탄(TiCl4)이 도입되는 도입구(5a)와, 예를 들어 산소(O2)가 도입되는 도입구(5b)와, 도입구(5a)로부터 도입된 사염화티탄(TiCl4)을 기화하는 기화기(7)가 설치되어 있다. 그리고, 도입구(5a)로부터 도입된 사염화티탄 증기를 포함하는 가스[사염화티탄 증기와 산소(O2)를 함유함]는, 기화기(6)를 통과함으로써, 사염화티탄 증기와 산소(O2)의 혼합 가스로 되어, 도입관(5)으로부터 반응관(1)으로 도입된다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 도입관(5)은 반응관(1)의 일단부측(상류측)으로부터 반응관(1)의 내부에 수용되어 있다. 그리고, 도입관(5)의 선단부에는 적외선 전기로(2)로부터 적외선이 조사된다. 그리고, 반응관(1)의 타단부측(하류측)으로부터는 배플(8)이 삽입되어 있다. 배플(8)은, 반응관(1) 내에 도입된 가스를 고온으로 되는 반응관(1)의 외주측으로 유도하는 것이며, 예를 들어 석영관의 선단부를 뾰족한 형상으로 폐색시킨 것이다. 또한, 배플(8)의 선단부는, 반응관(1) 내에서 도입관(5)의 선단부와 대향하고 있다. 이 도입관(5)의 선단 부분과, 배플(8)의 선단 부분은, 반응관(1)의 가열부(1a)에 위치하고 있다. 또한, 배플(8)은, 후술하는 반응 구역(B)에 있어서의 가스의 체류 시간을 짧게 하는 것에도 기여하고 있다.
가열부(1a)의 반응관(1)에는, 백금판이 권취되어 있다. 가열부(1a)는, 이 백금판과 적외선 전기로(2)의 조합에 의해, 급가열, 급냉각을 가능하게 하고 있다.즉, 적외선 전기로(2)로부터 조사되는 적외선을 백금판이 흡수하여 발열함으로써, 백금과 접촉하고 있는 부분만이 국소적으로 가열된다. 이에 의해, 가열부(1a)를 1200℃ 정도까지 가열하는 것이 가능하다. 또한, 가열부(1a)의 온도는, 적외선 전기로(2)에 의한 적외선 조사를 온도 제어기(도시하지 않음)가 제어함으로써, 임의로 설정하는 것이 가능하다.
또한, 백금판이 권취된 가열부(1a) 중, 도입관(5)의 선단부까지가 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 산화성 가스가 예열되는 부분[예열 구역(A)이라 함]이며, 도입관(5)의 선단부로부터 하류, 보다 구체적으로는 도입관(5)의 선단부로부터 가열부(1a)의 단부까지가 사염화티탄을 기상으로 고온에서 산화하는 부분[반응 구역(B)이라 함]이다.
생성물 회수부(3)는 버그 필터 등이며, 반응관(1)의 타단부측(하류측)에 접속된 배출관(9)을 통하여 반응관(1) 내에서 생성된 산화티탄의 분말을 회수한다. 또한, 생성물 회수부(3)에서는, 배출관(9)이 폐색되지 않도록, 하류로부터 펌프(도시하지 않음)로 흡인하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 구성을 갖는 반응 장치에서는, 도입관(4)으로부터 반응관(1)에 도입된 수증기를 포함하는 산화성 가스와, 도입관(5)을 통과하는 사염화티탄 증기를 포함하는 가스가 예열 구역(A)에서 500℃ 이상으로 각각 예열된 후, 반응 구역(B)에서 혼합되어 800℃ 이상으로 가열된다. 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 산화성 가스는, 반응 구역(B)에서 접촉하는 즉시 반응하고, 얻어진 반응 가스는 300밀리초 이하의 체류 시간으로 반응 구역(B)을 통과한다. 그리고, 반응 구역(B)을 통과한 가스는 즉시 냉각되어, 생성물 회수부(3)로 보내진다.
이러한 반응 장치를 사용한 경우에는, 사염화티탄을 기상으로 고온에서 산화할 때에, 급가열, 급냉각하는 방법과, 산화성 가스로서 수증기를 사용하는 방법을 병용할 수 있기 때문에, 상술한 조건 하에서, 10면체의 상자형 형상을 갖고, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로, 그리고 효율적으로 제조할 수 있다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해 본 발명의 효과를 보다 명백한 것으로 한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 상술한 도 1에 도시한 반응 장치를 사용하여, 이하의 조건 하에서 실제로 산화티탄의 분말을 제조하였다.
즉, 반응관(1)의 가열부(1a)에 백금판을 10cm 정도 권취하고, 이 부분[가열부(1a)]에 적외선 가열로(2)로부터의 적외선이 닿도록 하여, 적외선 가열로(2)를 온도 제어기로 제어하면서, 백금판의 표면 온도가 1200℃가 되도록 하였다.
반응관(1)으로서 내경 21.4mm의 석영관을 사용하였다. 배플(8)로서는, 외경 12.7mm의 석영관을 사용하고, 그 선단부를 약 30°의 뾰족한 형상으로 폐색시켰다. 또한, 가열부(1a)의 단면적은 2.3㎠이다.
사염화티탄 증기를 포함하는 가스를 도입하는 도입관(5)의 선단부는, 백금판을 권취한 가열부(1a)[백금판의 폭은 10cm이기 때문에, 가열부(1a)의 폭도 10cm]의 상류 선단부로부터 6cm 하류에 배치하고, 여기까지를 예열 구역(A)으로 하였다. 도입관(5)의 선단부로부터 하류이며, 가열부(1a)의 하류 선단부까지를 고열의 반응 구역(B)(4cm)으로 하였다.
수증기를 포함하는 산화성 가스에는, 수증기와, 산소(O2)와, 질소를 포함하는 혼합 가스를 사용하였다. 물과, 산소와, 질소의 혼합 가스를 도입구(4a)로부터 도입하고, 기화기(6)를 통과시킨 후, 도입관(5)의 선단부로부터 수증기를 포함하는 산화성 가스로서 반응관(1)으로 도입하였다. 또한, 기화기(6)를 통과한 후의 혼합 가스의 조성은, 수증기:산소:질소=20:20:60(체적비)으로 하고, 유량이 합계로 600NmL/min으로 되도록 혼합 가스를 도입하였다.
사염화티탄 증기를 포함하는 가스에는, 사염화티탄 증기와 산소(O2)의 혼합 가스를 사용하였다. TiCl4를 도입구(5a)로부터 도입하고, 산소(O2)를 도입구(5b)로부터 도입하고, 기화기(7)를 통과시킨 후, 도입관(5)의 선단부로부터 반응관(1)으로 도입하였다. 또한, 기화기(7)를 통과한 후의 혼합 가스의 조성은, 사염화티탄:산소=20:80(체적비)으로 하고, 유량이 합계로 600NmL/min으로 되도록 혼합 가스를 도입하였다.
또한, 전체 반응 가스의 조성은, 사염화티탄:산소:수증기=1:5:1로 하고, 반응 구역(B)에 있어서의 반응 가스의 체류 시간은 약 50밀리초로 하였다.
(비교예 1)
수증기를 포함하는 산화성 가스 대신에, 수증기를 포함하지 않는 산화성 가스, 즉 산소와 질소의 혼합 가스를 도입구(4a)로부터 도입한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 조건 하에서 산화티탄의 분말을 제조하였다.
(비교예 2)
수증기를 포함하는 산화성 가스를 도입하지 않고, 사염화티탄 증기와 산소(O2)의 혼합 가스(사염화티탄 농도가 6％)만을 도입관(5)으로부터 천천히(300NmL/min) 도입한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 조건 하에서 산화티탄의 분말을 제조하였다.
그리고, 이들 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 얻어진 산화티탄 분말을 전자 현미경으로 관찰하였다.
이하, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 각 제조 조건과, 얻어진 산화티탄 입자의 관찰 결과를 정리한 것을 표 1에 나타낸다. 또한, 산화티탄 분말은 임의로 샘플링한 3군데의 분말을 취하고, 각각 주사형 전자 현미경의 시료실에 도입하고, 5군데 이상의 시야에서 관찰하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 얻어진 산화티탄 분말은, 입자 직경이 50 내지 90nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자이었다.
한편, 비교예 1에서 얻어진 산화티탄 분말은 10면체 산화티탄 입자가 아니고, 입자 직경도 30 내지 200nm의 범위로 넓은 분포를 나타내었다.
또한, 비교예 2에서 얻어진 산화티탄 분말은 10면체 산화티탄 입자이었지만, 입자 직경이 70 내지 150nm인 범위로 넓은 분포를 나타내고, 입자 직경이 큰 것이 포함되어 있었다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 10면체의 상자형 형상을 갖고, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로, 그리고 효율적으로 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로, 그리고 효율적으로 제조하는 것이 가능하다. 또한, 얻어진 소입경의 산화티탄 입자는 광촉매 재료로서 적합하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 이러한 광촉매 재료로서 적합한 10면체 산화티탄 입자를 공업적으로 제조하는 것이 가능하다.
1: 반응관
1a: 가열부
2: 적외선 전기로
3: 생성물 회수부
4, 5: 도입관
6, 7: 기화기
8: 배플
9: 배출관
1a: 가열부
2: 적외선 전기로
3: 생성물 회수부
4, 5: 도입관
6, 7: 기화기
8: 배플
9: 배출관
Claims (12)
- 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와, 수증기를 포함하는 산화성 가스를 접촉시킴으로써, 10면체의 상자형 형상을 갖고, 입자 직경이 1nm 내지 100nm인 범위에 있는 10면체 산화티탄 입자를 선택적으로 제조하는 산화티탄 입자의 제조 방법이며, 각각 500℃ 이상으로 예열된 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 산화성 가스가 혼합되어, 800℃ 이상으로 가열된 영역으로 보내지는 공정을 포함하는 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스가 사염화티탄 증기와 산소를 포함하는 혼합 가스인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수증기를 포함하는 산화성 가스가 수증기와 산소의 혼합 가스인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 800℃ 이상으로 가열된 영역에 있어서의 가스의 체류 시간이 300밀리초 이하인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 체류 시간이 100밀리초 이하인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스 내의 사염화티탄 농도가 3 내지 40체적％인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스 내의 (산소(O2 환산)의 물질량[mol])/(사염화티탄의 물질량[mol])의 비가 0.1 내지 7인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수증기를 포함하는 산화성 가스 내의 수증기의 농도가 10 내지 80체적％인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수증기를 포함하는 산화성 가스 내의 (산소(O2 환산)의 물질량[mol])/(수증기의 물질량[mol])의 비가 0.1 내지 5인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수증기를 포함하는 산화성 가스의 양이 사염화티탄 증기를 포함하는 가스의 양에 대하여, 체적비로 0.5 내지 5배인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 가스를 합한 가스의 조성이, 사염화티탄:산소:수증기=1:0.5 내지 13:0.3 내지 5(체적비)인 산화티탄 입자의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 사염화티탄 증기를 포함하는 가스와 수증기를 포함하는 가스를 합한 가스의 조성이, 사염화티탄:산소:수증기=1:1 내지 6:0.3 내지 3(체적비)인 산화티탄 입자의 제조 방법.
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